Vätgasmotorer fortsätter att vara en av fordonsindustrins framtida satsningar. Dess funktion har gett den en rad fördelar och hållit den flytande trots dess misslyckanden. För detta ändamål har Toyota, BMW, Mazda, Hyundai, Ford och andra märken investerat kraftigt i denna teknik. Vätgasanvändande motorer inkluderar förbränningsmotorer och bränslecellskonverteringsmotorer. Många vet inte hur fungerar en vätgasmotor och deras respektive fördelar och nackdelar.
Av denna anledning kommer vi att ägna den här artikeln till att berätta hur en steg-för-steg vätgasmotor fungerar, vad dess egenskaper är och dess betydelse för motorvärlden.
Hur fungerar en väteförbränningsmotor?
Dessa motorer använder väte som bensin. Det vill säga att de bränner det i en förbränningskammare för att skapa en explosion (rörelseenergi och värme). Av denna anledning, konventionella bensinmotorer kan anpassas för att bränna väte utöver gasol eller CNG.
Driften av denna motor är mycket lik den för en bensinmotor. Väte används som bränsle och syre som oxidationsmedel. Den kemiska reaktionen initieras av en gnista och ett tändstift kan producera en gnista. Väte har inga kolatomer, så reaktionen är att två vätemolekyler kombineras med en syremolekyl och frigör energi och vatten.
Resultatet av dess kemiska reaktion är helt enkelt vattenånga. Emellertid genererar väteförbränningsmotorer vissa utsläpp under sin drift. Till exempel små mängder NOx från luften och värme från förbränningskammaren eller utsläpp från förbränning av lite olja genom kolvringarna.
Eftersom väte är en gas lagras det i en tank med ett tryck på 700 bar. Detta är 350 till 280 gånger högre än normalt bildäckstryck. (2 till 2,5 bar). Även om det också finns bilar som lagrar väte i flytande form vid mycket låga temperaturer, som visas nedan.
Väteförbränningsmotorer erbjuder några intressanta fördelar jämfört med konventionella förbränningsmotorer. Till exempel kan de teoretiskt använda mycket fina blandningar (Lambda nära 2). Det vill säga att de kan använda väldigt lite bränsle för att använda all inkommande luft och bli väldigt effektiva.
Exempel på hur en vätgasförbränningsmotor fungerar
Ett bra exempel på en vätgasmotor är BMW 750hl, som kom ut på marknaden år 2000. Även om det faktiskt är en BMW-bensinmotor kan den också förbränna vätgas.
Det har dock flera nackdelar: För det första lagrar det väte i flytande form. Detta kräver en mycket dyr tank gjord av material från flygsektorn för att hålla temperaturen under -250ºC. Detta kan bara uppnås inom 12 till 14 dagar, under vilken tid vätet gradvis avdunstar och släpps ut i atmosfären på ett säkert sätt. Den andra nackdelen är att man förlorar mycket kraft och effektivitet genom att använda vätgas. Den senare BMW Hydrogen 7 från 2005 löste delvis dessa problem och ökade vätgastrycket till 700 bar utan att hålla det kallt.
Ett annat bra exempel är vätgasmotorn Aquarius. En fossilbränslemotor utvecklad av ett israeliskt företag lämplig för användning av väte. Den första funktionella versionen introducerades 2014 och sedan dess har en reviderad och förbättrad version dykt upp. Enligt dess utvecklare kan den fungera utan smörjolja och har ett gasväxlingssystem för att minska NOx-utsläppen.
Dessutom är väteförbränningsmotorn lätt och har få delar, vilket gör den billig att tillverka. Den kan användas som räckviddsförlängare för elfordon eller som generator för nätverket.
Hur fungerar en vätebränslecellsmotor?
Dess fullständiga namn är en bränslecellskonverterad vätgasmotor. Trots ordet "bränsle" förbränner de inte väte. De använder den för att generera elektricitet genom den omvända processen av elektrolys. Det är därför de bär batterier för kemiska reaktioner, som i en väteförbränningsmotor, där väte lagras i tankar med ett tryck på 700 bar.
Det är bara det att istället för att mata den till motorn, går den genom anoden och katoden (som ett batteri) till bränslecellen. Väl där passerar vätgas (H2) genom membranet och bryter ner det till två vätejoner. Väte och två fria elektroner. Dessa elektroner passerar från anoden till batteriets katod genom en extern krets och skapar en elektrisk ström. De producerade vätejonerna kombineras med syre från luften för att bilda vatten.
Av denna anledning har en vätebränslecellsmotor noll utsläpp, eftersom det inte producerar NOx eller de gaser som produceras när man bränner olja som en förbränningsmotor. Membranen som används i dessa motorer är gjorda av platina och är dyra. Det finns dock arbete för att komma till rätta med denna höga kostnad. Till exempel har de vid tekniska universitetet i Berlin utvecklat en ferrolegering som, om den sätts i produktion, kan minska kostnaderna avsevärt.
Nackdelar med vätgasmotorer
- Katalysatorer som används i kemiska reaktioner av vätebränslecellsmotorer är gjorda av dyra material, som platina. Åtminstone tills det ersätts av ett billigare alternativ, som det som nämns i TU Berlin.
- För att få väte måste det ske genom termokemiska processer av fossila bränslen eller genom elektrolys av vatten, vilket kräver energiförbrukning. Den främsta kritiken av vätgasmotorer, eftersom elektriciteten kan lagras direkt i batteriet i ett elfordon för användning.
- När väl vätgas erhålls, måste införas i en cell eller trycktank. Denna process kräver också ytterligare energiförbrukning.
- Vätgasbatterier är dyra att tillverka och måste vara mycket hållbara för att klara de höga tryck som vätgas måste lagras med.
Fördelar med vätgasmotorer
- Vätgasbatterier är lättare än elbilsbatterier. Därför utreds dess användning inom tunga transporter som ett alternativ till batteridrivna eltruckar. För att kunna klara stora sträckor är de väldigt tunga.
- Idag går det snabbare att ladda vätgas än att ladda ett elbilsbatteri.
- Till skillnad från batteridrivna elfordon kräver vätgasbränslecellfordon inga stora batterier. Därför kräver det mindre litium eller andra material som kan vara en bristvara. Förbränningsmotorer med väte kräver inte direkt litiumbatterier eller andra liknande batterier.
- Bränsleceller kan förlänga livslängden på en bil. Till skillnad från batterier som är dyra att byta på grund av sin storlek och kapacitet. Batterierna för vätgasmotorer är mindre och därför billigare att byta ut.
- Jämfört med fossila bränslemotorer använder vätebränslecellsmotorer elmotorer och är därför väldigt tysta.
Autonomi
Nackdelen med vätgasmotorer är att deras tankar eller bränsleceller måste innehålla väte vid mycket höga tryck. Således, försörjningspunkten måste också överensstämma med trycket på 700 bar som den stöder.
Detta kräver att man bygger en försörjningsinfrastruktur för att kunna tanka den här typen av fordon. Som sagt, den har samma problem som rena elfordon. Tankningsoperationen är dock mycket snabbare än dessa, eftersom den är samma som ett LPG- eller GLC-fordon.
Bilar som för närvarande är utrustade med vätebränslecellsmotorer har en räckvidd som liknar bensin. Till exempel, Toyota Mirai meddelade 650 km med fullt batteri, Hyundai Nexo 756 km och BMW iX5 Hydrogen 700 km.
Andra som Hopium Machina har meddelat en räckvidd på 1.000 XNUMX km, även om den siffran nu måste bekräftas när det händer. Hur som helst är autonomi inte lika viktig som batteriet, eftersom tankningen går mycket snabbare. Det man bör tänka på är antalet bränslepoäng.
De är säkra?
Märken har arbetat med den här typen av motorer i flera år för att förbättra deras effektivitet, minska kostnaderna och, naturligtvis, göra dem lika säkra som de som drivs med fossila bränslen.
Dessutom är de säkerhetsstandarder som krävs av Europa, USA och Japan garantin för säkerheten för vätgasdrivna fordon. Det behöver inte sägas att Toyota hävdar det Mirai's bensintank är tillräckligt tuff för att vara skottsäker.
Kommer vi att få se en dag då alla bilar körs på vätgas? Tiden kommer att visa allt. Det är tydligt att varumärken fortsätter att investera och det har vissa fördelar som gör det till ett rimligt alternativ till nollutsläppstransporter.
Jag hoppas att du med denna information kan lära dig mer om hur en vätgasmotor fungerar, dess egenskaper, fördelar och nackdelar.